[转贴]： 浅谈何巷闸的设计特色

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1工程概况
何巷水利枢纽是治淮战略骨干工程怀洪新河的进口控制工程，位于安徽省怀远县境内淮北大堤涡河圈堤上，属Ι等1级建筑物。该枢纽由何巷分洪闸、何巷船闸及其上下游引河组成，担负从淮河分泄洪水的任务，并兼有灌溉、供水和航运等综合效益。工程总投资7530.9万元。
何巷分洪闸以分洪为主，设计分洪流量2000m3/s，并兼有蓄水和引水作用。水闸顺水流向总体长度139m，其中闸室长20m，上游段长43m，下游段长76m，闸上下游引河底宽均为114m，右岸封闭堤与涡东大堤连接，左岸封闭堤连至分流岛和船闸上闸首封闭堤再与涡东大堤连接，形成封闭的涡东堤圈。分洪闸闸室为钢筋砼胸墙式结构，底槛高程15.37m，胸墙底高程21.37m，单孔净宽8.0m，共分14孔。上游设计防洪水位23.87m，相应下游水位17.17m，最大防洪水头差6.7m。由于水闸防洪水头差较大且需在高水位差下开闸进洪，闸上采用钢筋砼铺盖防渗，闸下设综合式消力池并设差动式消力墩辅助消能。工作闸门为平板定轮钢闸门，布置在闸室下游段，配卷扬式双吊点启闭机。采用计算机监控系统自动控制闸门的启闭和测压管水位采集和分析。闸室上游为半径为20m的圆弧型翼墙，下游为缓变曲线型翼墙，翼墙挡土高10.5m,采用钢筋砼格仓式结构。闸基位于淤泥质粘性土上，采用水泥粉体喷射搅拌桩加固。                           
何巷枢纽地基属典型的双层地基，下卧砂层含水具承压性，为保证基坑稳定，施工期采用深井降低砂层水位。


2 设计特色
2.1设计与科研试验相结合，优化总体布置
何巷分洪闸位于涡河老河湾与怀洪新河符怀新河段交汇处。当淮河支流涡河来量大，而淮干来量较小时，分洪流量中涡河来量占比例较大，淮干来量所占比例较小。反之，则淮干来量所占比例大，而涡河来量所占比例小。由于闸址位于涡河凹型弯道顶冲点上沿，当分泄涡河来水时，引水角达120°，而分泄淮河来水时，引水角15°,分洪流态复杂。设计单位翻阅了大量资料，从理论上对工程布置与流态和闸前淤积的关系进行了深入细致的分析，并借鉴了省内外同类工程的成功经验。同时，由安徽省水利科学研究院进行大型水工模型试验论证。试验的目的是要求枢纽总体布置在各种分流比（淮河与涡河来水量之比）下，流态稳定，无回流，流速均匀。试验中设计单位与科研单位密切合作，七次修改分流岛（船闸与分洪闸间）平立面型式，达到了预期目的。
怀洪新河为平原河道，且必须在高水位差下大流量分泄洪水，单一的挖深式或尾槛式消力池难以解决水闸下游的消能防冲问题，且耗资大，与河道连接困难。设计中采用设置差动式消力墩辅助消能的综合式消力池，同样也经水工断面模型试验验证与完善，达到了安全、经济的预期效果。
2.2地基处理方案投资少、工效高
何巷分洪闸闸室、岸墙及上游翼墙基础均座落于淤质粘性土层上，该层土厚4～５m，含水量高达42%，干密度1.27g/cm3，孔隙比1.2～1.6，压缩系数a1-2为0.62Mpa-1，天然地基承载能力为70kPa，而闸室、岸墙及上游翼墙的基底压力分别为100kPa、190kPa、200kPa。根据闸基软弱土层和下卧重粉质壤土的特性及深度，设计单位经充分论证，将水泥粉喷搅拌桩技术用于大型水闸的地基加固处理。该技术系通过粉喷桩机的喷粉与软土搅拌混合，使土与水泥发生物理化学作用形成水泥土桩体，与基土共同作用形成复合地基，达到提高承载力和减少沉降的目的。该技术成本低、工效快，曾大量运用于建筑工程地基加固，后因其喷粉量、搅拌均匀性等不易控制，一般重要建筑物均不再推荐采用。何巷闸为大型1级水闸，设计单位经过精心分析计算，对闸室、岸墙等部位采用了不同的桩土置换率以求减少不均匀沉降和总沉降量。认为只要严格按设计要求控制进尺、喷粉量、采用全程复搅使桩身均匀，解决好桩底水泥土与下卧硬土层的结合问题，可以满足本闸的承载力和沉降要求，大胆将该技术运用于该闸。通过计算，闸室底板、岸墙及上游翼墙桩土置换率分别为0.196、0.348和0.4，同时为减少水闸岸墙后引堤超载引起的岸墙后仰沉降量，岸墙后另布置三排护桩。设计方案经安徽省水利科学研究院在现场工程桩和试验区分别进行了静载试验验证，认定满足承载力和沉降要求。施工单位仅用30天就完成粉喷桩4875根，为水闸工程安全渡汛赢得了时间。目前该闸已完工近三年，经沉降观测，闸室最大沉降为13mm，岸墙最大沉降为18mm，闸室与岸墙沉降差仅5mm，均比理论计算的沉降量小，达到了预期目的。
2.3理论与实践相结合，完善基坑降水措施，保证基坑稳定
何巷闸为典型的双层地基，闸址地面高程20m，其地层条件大致可分为四层：第①层为轻粉质壤土，分布高程20～14.5m；第②层为淤泥质重粉质壤土，分布高程14.5～10.5m；第③层为硬塑状重粉质壤土，分布高层10.5～8m；第④层为厚度大于16m的极细沙或细沙层。场地地下水分两种类型：①～③层地下水为潜水，水位高低主要受大气降水、河水位影响，雨季稍高；④层以下地下水具承压性，水位约18m。
何巷闸闸底板基底高程14.37m，消力池底高程12.37m，下游翼墙因承载力原因须开挖至11.5m高程。而闸基下砂层水位18.0m左右，施工期间，若不采取有效降水措施，基坑底面将承受最高达6.5m承压水头作用，基坑渗透坡降最大可达J=2，其稳定将无法保证。通过大范围详细的地质钻探资料和预先埋设的9根深孔地下水测压管实测资料分析，设计单位确认该区域砂层含水主要是由潜水越流补给，砂层含水与涡河水不直接连通，承压水水位不直接受汛期淮河（涡河）补给，因此承压水位将不会超过汛期潜水位（▽19.5m），为如何设置降水措施提供了依据。根据盖重原理，通过计算分析，认为要保证施工期基坑的稳定，布置在闸中心线下游10m位置的测压管（N孔）水位应维持在13.0m左右，根据闸址地层分布、室内渗透试验确定的砂层渗透系数，通过理论分析，在闸基坑周围呈“口”字型布置了22口降水井。在实施过程中，结合先期实施降水井的降水漏斗曲线，重新复核沙层渗透系数，及时将原布置的22口井减少为14口呈“工”型布置。通过施工单位的精心施工、管理，在长达三个多月的时间内降水井连续正常运转，有效地降低了地下水位，N孔测压管水位始终稳定在13m高程以内，既减少了投资，赢得了宝贵的工期，又达到了保证基坑稳定的目的。
由于降水井穿透了隔水层，底部工程基坑回填覆盖后，水闸下游海漫段6口降压井应有效封堵，否则分洪期河水位可从降水井渗入砂层，直接补给地下水，引起沙层水位上升，一旦关闸停止分洪，下游水位骤降，将影响闸下消力池和河床的渗透稳定。封井顺序由中间向左右岸施工，利用自吸泵辅助抽水，采取先井围后井内的方法，井管内外填料与其相应地层相同，顶部浇筑钢筋砼盖封堵。何巷分洪闸降水井的设计、施工、运行、管理和最后的封井过程中都遇到了很多复杂的不定因素，经过参建单位的精心协作，最后均妥善解决，何巷闸的深井降水是安徽水利工程中处理地下水危害的一个成功典范。
2.4计算机监控系统，自动化程度高
何巷枢纽担负分泄洪水和引水灌溉任务，由于地质条件的原因，防洪期既要观测底板渗透压力，又要密切注意深层地下水的变化，以确定下游河道的稳定性和是否需与何巷闸下游的胡洼闸联合运行，抬高闸下水位。为将管理人员从繁重的观测、分析和计算工作中解脱出来，提高管理的自动化程度，本闸设置计算机自动监控系统。该系统可以根据省防汛抗旱指挥部的统一调度令，在集控室内利用计算机对闸门开启、上下游水位及测压管水位进行监控采集，对重要画面可根据指令自动摄像；通过自动分析，给出泄水时段水闸过流量或全过程洪量；分析采集到的测压管水位是否正常。当需开闸泄水（或引水灌溉）只需在计算机内输入相应流量，内置程序可根据采集到的上下游水位，选择闸门最佳开启孔数和开度，并根据上下游水位、闸门开度判别过闸流态，进而均匀分档将闸门开启至指定的过闸流量，每隔30分钟采集一次数据，分时段计算过流量，自动累计每次分洪或开闸引水全过程的过流量，为淮河流域水文计算或依法收费提供可靠依据。何巷闸闸基下埋设两种测压管，浅孔管监测底板扬压力，深孔管监测闸基砂层承压水位。在防洪期，浅孔测压管内的传感器将自动传送管内水位，计算机将按改进阻力系数法分析判断测压管水位是否出现异常，并给予提示报警；同时也可将所采集到的闸下河道水位与砂层承压水位加以分析，判断近闸段河床渗透稳定性，确定是否需与下游胡洼闸联合运行，抬高河床水位。
何巷分洪闸将自动监控系统首次运用于我省大型水闸的管理运行，摈弃了过去对水利工程重建轻管的旧思路，为水利工程管理自动化提供了条件。

3 结语
     何巷闸为我省近年兴建的大型水闸之一，该闸分洪流态复杂，地质条件差，而且存在有害的承压水，设计上通过理论与科研试验、理论与实践相结合的方法，优化了总体布置，解决了基坑降水难题，并成功地将粉喷桩加固技术运用于该闸，同时在水闸的建筑、自动化控制设计上力求新颖实用，为大型水闸设计提供了经验。